T-모양의 급전구조를 갖는 마이크로스트립 슬롯 안테나는 정합을 쉽게 이룰 수 있고, 대역 폭이 기존의 슬롯을 가로지르는 급전구조에 비하여 넓었다. 본 논문에서는 역 L-형 마이크로스트립 급전구조를 제안하여 FDTD(Finite Difference Time Domain)법으로 해석하여 안테나를 최적화 설계하였다. 슬롯 폭이 16 mm일 때, 전압 정재파비가 2.0 이하인 조건에서 대역폭은 2.3 GHz를 중심으로 약 48 % 정도의 광대역 특성을 얻었다. 제안된 급전구조는 기존의 슬롯 가로지르는 급전구조의 복사 저항보다 매우 낮았다. 또한 역 L-형 급전구조의 대역폭 특성을 기존의 급전구조의 슬롯릇 안테나들과 비교하였다.
마이크로스트립 안테나가 가지는 가장 큰 단점인 협대역 특성을 개선하기 위해 그 동안 수많은 연 구와 방법들이 제안되었는데 특히 원형편파 안테나는 임피던스 대역폭 외에 축비 대역폭까지도 고려 되어야 하므로 더욱 심화된 협대역의 특성을 가지게 되어 설계에 많은 어려움이 있었다. 일반적으로 원형편파 마이크로스트립 안테나를 설계하는 방법 중 급전 구조면에서는 크게 단일 급전 방식과 하이 브리드 형태의 급전방식이 있다. 단일 급전 방식의 원형편파 안테나는 구조가 간단하고y 제작이 간편 하며, 안테나의 물리적 크기를 줄일 수 있어 배열시 장점이 있으나 구조의 특성상 협대역의 축비 대역 폭을 가지며I 하이브리드 급전 원형편파 안테나는 구조가 복잡하고, 제작이 어려우며, 안테나의 물리적 크기가 커진다는 단점이 있으나 광대역의 축비 대역폭을 가진다. 따라서 원형편파 안테나의 설계시 축 비 대역폭과 안테나의 물리적 크기 간의 trade-off를 고려하여야한다. 최근에는 이를 고려한 단일 급전 을 이용하면서도 개선된 축비특성올 얻을 수 있도록 십자개구 개구를 통해 두 개의 직교 모드를 방사 패치에 급전하는 구조가 제안되기도 하였다. 하지만 이는 일반적인 단일 급전 방식보다 개선된 축비 대역폭을 얻을 수 있었으나 중심주파수에서 2.5%에 불과하였다. 본 논문에서는 단일 급전 십자개구 결합 방식이 가지는 협대역의 축비 대역폭을 개선하기 위해 단 일 급전으로 하이브리드 급전의 효과를 가져올 수 있는 직렬 급전 십자개구 결합 마이크로스트립 안 테나를 제안하였으며, 기존에 발표된 단일 급전 십자개구 결합 안테나와의 축비 대역폭, 이득, 방사패 턴, 그리고 임피던스 대역폭 둥과 비교하여 개선된 특성을 제시하고 제안된 안테나의 타당성을 보였 다. 실제로 2.4GHz의 주파수에서 제안한 직렬 급전 십자개구 결합 단일 마이크로스트립 안테나의 측 정결과 기존에 연구된 안테나보다 약 2배정도 증가된 4.6%의 축비 대역폭, 10%의 임피던스 대역폭 (VSWR<1.5), 그리고 8.2dBi의 최대이득 특성을 확인할 수 있었으며, 이를 바탕으로 시권셜 로테이션 기법올 사용한 $2\times2$ 배열 안테나는 17.5%의 축비 대역폭, 20.8%의 임피던스 대역폭(VSWR<1.5), 그리 고 12.5dBi의 최대이득을 얻을 수 있었다. 이에 해당하는 제안된 단일 안태나와 $2\times2$ 배열 안테나의 구조, 측정된 축비 대역폭 및 이득특성, 그리고 입력 반사손실을 그림 I, 2, 3에 각각 나타내었다.
본 논문에서는 직사각형 마이크로스트립 슬롯 안테나에서 폭이 넓은 슬롯에는 적합하지 않은 기존의 급전 구조대 신 T자형 급전 방식과 십자형 급전 방식으로 안테나를 설계하였다. 여기서 제시한 T자형 급전 방식을 이용하여 슬롯 폭이 20㎜일 때 41%의 대역폭 특성을 얻었고. 십자형 급전 방식으로는 슬롯 폭이 32 ㎜일 때 96%의 대역폭을 얻었다. 또한 기존의 원형 링 슬롯 안테나의 구조를 바꾸어 슬롯의 원주(circumference)가 163 ㎜일 때 1.35 octave의 광대역 특성을 얻었고, 원형 슬롯 안테나와 이에 적합한 급전 방식을 제시하여 슬롯의 원주가 같을 때 3.25 octave의 광대역 특성을 얻었다.
마이크로스트립으로 급전되는 슬롯 안테나를 소형화하기 위해 폴디드 슬롯과 T형 마이크로스트립 선로로 구성된 안테나 구조를 제안하였다. 전형적인 마이크로스트립으로 급전된 슬롯 안테나와 성능(안테나 크기, 슬롯 길이, 대역폭 등)을 비교하였으며, T형 마이크로스트립선로를 이용한 급전선로의 임피던스정합 방법에 대하여 설명하였다. 제안된 구조로 유전제기판상에 2.45GHz 대역 WLAN용 안테나를 설계 및 제작하였으며 특성 실험(반사손실, 부사패턴)을 통해 연구의 타당성을 확인하였다.
본 논문에서는 공진 주파수가 2 GHz 이며 크기가 작고, 광대역 특성을 갖는 Taper 형태의 급전선로를 갖는 마이크로스트립 Bow-tie 슬롯 안테나를 제안하였다. 이 구조에서는 대역폭을 향상시키기 위하여 마이크로스트립 슬롯 안테나 방사 슬롯을 변형된 bow-tie 모양으로 설계하여 기존의 Bow-tie 슬롯 안테나와 다른 구조를 제안하였고 Electromagnetic coupling를 좋게 하기 위하여 급전선로에 Taper를 첨가하여 급전기와 안테나의 정합을 이루어 광대역 특성을 갖도록 하였다.
본 논문에서는 중심주파수가 5.8 GHz에서 동작하는 새로운 급전구조를 갖는 광대역 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 새로운 급전구조인 마이크로스트립 라인-프로브 급전구조는 광대역 특성을 가지며, 안테나의 패치 크기를 줄일 수 있다. 광대역 특성을 확인하기 위해 기존의 프로브 급전 마이크로스트립 패치 안테나와 비교하였으며, 그 결과 대역폭은 34.5 % 증가하였으며, 패치의 크기는 45 % 축소되었다.
본 논문에서는 슬롯결합 급전구조를 갖는 직렬급전 마이크로스트립 배열 안테나의 정확한 해석 및 설계방식을 제시하고 그 특성을 분석하였다. 슬롯결합 급전구조의 정확한 해석은 급전선에서의 진행파 모드와 비진행파를 모드를 모두 고려하는 full-wave방법과 안테나간의 회로적인 결합을 이용하여 해석하였다. 수치해석에 사용된 기저함수는 해의 수렴도, 정확도 및 계산시간을 비교하여 패치는 3개의 EB모드, 슬롯은 1개의 PWS모드, 급전선은 5개의 PWS모드를 사용하였다. 이러한 안테나 해석을 바탕으로 직렬급전 배열 안테나가 정재파형 구조로 설계되었다. 정재파형 구조에서 각 소자의 여기량을 조절하는 설계방식으로는 슬롯의 길이를 변화시키는 방식과 슬롯과 급전선과의 이격거리를 변화시키는 방식을 사용하였다. 본 논문에서 사용한 이론을 이용하여 8소자 Cheyshev배열 안테나를 설계하여 실험한 결과 슬롯과 급전선간의 이격거리를 조절하여 설계하는 방식이 각 소자간의 공진 주파수의 변화가 없으므로 슬롯의 길이를 가변시키는 방식보다 설계가 간편함을 알 수 있었고, 측정 결과도 우수하게 나타났다.
본 논문에서는 CSLR(Complementary Single Loop Resonator)을 이용한 인셋 급전 마이크로스트립 안테나의 특성에 대해 연구하였다. SLR(Single Loop Resonator) 단일 구조에서 시뮬레이션 셋업 과정을 통해 산란계수로부터 실효투자율을 계산하였으며, 실효투자율이 음의 값을 갖는 주파수에서 SLR 구조의 치수를 선택하였다. 그리고 인셋 급전된 마이크로스트립 안테나의 접지면에 SLR 구조의 쌍대 구조인 CSLR을 $3{\times}3$으로 배열하여 최적 안테나를 설계하였다. 설계한 안테나의 반사손실과 복사패턴을 구하였으며, 공진주파수 2.82 GHz에서 기존의 인셋 급전 안테나와 크기를 비교하면 면적 대비 약 56.8%가 감소하는 결과를 얻었다. 사용된 툴은 3차원 FEM 툴인 Ansoft사의 HFSS를 사용하였다.
본 논문에서는 Inset-fed 안테나의 급전구조를 변형하여 기존의 Inset-fed 안테나 보다 그 성능을 향상시킨 안테나를 설계 및 제작하였다. Patch 안테나에서 gap 결합에 의한 급전 방식을 기초로 하여 변형된 급전 방식을 Inset-fed 안테나에 적용하였다. 설계된 안테나는 FDTD에 의한 simulation을 수행하여 최적치를 얻었으며 제작된 안테나는 공진 주파수에서 511은 -l4dB이고 cross polarization level은 -20dB의 특성을 보였다.
본 논문에서는 Ku-band 위성통신 송수신용으로 사용하기 위해서 송.수신부가 서로 다른 선형편파를 가지 는 이중급전 구조의 이중공진 안테나를 연구하였다. 이 때 상대 급전선에 의한 임피던스의 변화를 최소화시켜 최적의 안테나를 설계하였으며, 배열 안테나로 확장시 이중급전 구조의 문제점인 공간상의 문제를 해결하기 위 해서 마이크로스트립 선로와 via-hole 혼합급전 방식올 사용하였다. 제안된 안테나를 이차원 $2\times2$ 배열 마이크 로스트립 안테나로 설계 및 제작하였고, 방사패턴과 주파수 특성을 측정하여 위성통신 송수신 겸용 안테나로 잘 동작할 수 있음을 확인하였다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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